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“工业厨师”与“分子料理”
2022年08月05日 22:02   来源于:中海炼化   打印字号
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  从一组化学方程式到工业应用,这之间的距离有多远?

  中海顶盛炼化有限责任公司中海油炼油化工科学研究院(简称炼化研究院) 技术开发研究部工程师王兴永和同事用几年的探索回答了这个问题。

  王兴永是烯烃氢甲酰化课题组副组长。他和同事的工作就是通过氢甲酰化技术,让利用率较低的碳四烯烃,生成可作为环保型增塑剂原料的高碳醇。打通这个技术路线,不仅可以为企业带来良好的经济效益,还能让我国环保型增塑剂原料生产不再受制于人。

  “化学是一门美妙的学科,也是一种实用的科学。我想让更多化学研究在现实中落地应用。”王兴永和同事正是带着这个愿望,投入到漫长而繁重的烯烃氢甲酰化课题研究工作中。

  “做研究,需要常闻“窗外事”

  “做研究就像下象棋,要充分了解自己目前所处的位置和事情未来走向。但也不能举棋不定,因为市场情况瞬息万变。”王兴永说。

  谋于前才可不惑于后。在进行一项课题前,调研工作往往会持续几个月。在此期间,他们要立足企业做好基础调研,要厘清的问题包括现有原料有哪些、主要产品和其他产物怎样应用、市场前景如何等。这决定了王兴永和同事不能“两耳不闻窗外事”。他们时刻关注经济形势、市场变化。碳四烯烃,就是他们基于调研选择的原料。

  中国海油下游炼厂每年会产生近200万吨碳四烯烃,受技术制约,这种资源利用率极低,多数混合在液化气中一并出售。他们希望能够充分开发这种“鸡肋”资源,生成环保型增塑剂原料,用于生产更安全、环保的儿童玩具、食品包装和输水管道等。在低碳环保的新风尚下,这一技术的应用前景看起来格外灿烂。

  前途是光明的,过程却是曲折的。2017年,从清华大学化工系毕业的王兴永在而立之年开始此项“创业”。彼时,炼化研究院刚成立不久,连实验设备都没来得及采购。在等待实验器材到位的这段时间,他们甚至把奶粉勺拿进实验室,迫不及待地做起实验。

  为尽快攻克技术难点,经常有团队成员一连几天扎进实验室里,反复尝试不同的产品结构。通过上千次对比验证、配方调整和性能评价,他们找到了低碳烯烃氢甲酰化低温高选择性催化体系的关键技术。

  ““小试”“中试”,一步步来

  王兴永和团队的工作有点像神话故事中的“点石成金”,只不过少了浪漫,多了严谨。

  一条化学生产线在工作应用前,一般要经过小试开发、2升放大、50升放大、侧线评价、300升放大和工业试生产等多个环节。用王兴永的话说,整个过程就像做菜一样。“小试就是做一个人的菜,不断放大后,就像做超级大锅饭。”

  “少许”“适量”“大概”,这些都是厨房里再常见不过的用语,但在工业生产中,模棱两可是大忌。不管是温度、压力,还是催化剂用量,都要尽可能精确。

  此外,经济效益也是工业生产必须要考虑的因素。如果催化剂是贵金属,那就要想方设法找“平替”。如果化学反应需要在高温高压条件,那就要不断尝试如何让温度低 一点、压力小一点。除了要为主要产物找市场外,王兴永和同事还要为其他附属产物找到“出路”。

  如果将小试开发看作“开小灶”的话, 那么,不断放大生产的过程就像将同样的菜品从小灶迁移到食堂。如何保证风味不打折扣?如何确保反应物、催化剂的状态在工业化的过程中不发生改变?如何做到尽可能多地发生主要反应,生产主要产品?要解决这一连串问题,王永兴和同事必须反复试验,在实践中找到答案。

  要想成功完成侧线评价,需要满足连续 1000小时平稳运行生产的条件,这意味着,只要中间出现任何波动,一切都要从头再来。说不紧张是假的,但王兴永相信,他们扎扎实实走过的每一步都是成功的积累。也正是基于每个“小试”“中试”数据,他和团队对工业应用的安全可靠越来越有信心。

  3个多月,生产昼夜不停,最终侧线试验结果让人满意:双膦配体催化剂较国外配体催化剂损耗降低25%,选择性提高12%,使用性能优于国外同款产品,且价格降低近40%。

  “推广应用,同时寻找下一个灵感

  烯烃氢甲酰化技术在工业装置成功应用后,于2020年顺利通过中国石化联合会组织的专家鉴定。国内权威专家鉴定委员会认为该技术成果创新性强,技术指标先进。

  但这并不意味着课题的终结。为了让氢甲酰化技术适应更大规模的工业推广应用,王兴永和团队还需要将流程进一步明确、标准化。这就像为整个工艺做一个完整详细的“说明书”,这份“说明书”里,既有精准的条件和要求,也有为菜品“搭锅做灶”的方法。大量可靠的试验数据是它的支撑。

  推广应用的过程,是对课题前期调研成果的一次实践检验。产品市场需求量大、效益好、安全可靠,自然是“皇帝的女儿不愁嫁”。在推广的过程中,科研人员也能够获取对市场风向最真实的感知。或许,下一项课题的灵感,就会在厂家不经意的只言片语中闪现。把科研用进工厂,让论文变身产品,科研人的梦想有着共同的轮廓。

  忙完一天的工作,王兴永回到家,从冰箱中翻找出几种蔬菜,打开了燃气灶——这是他的习惯,每一次工作取得阶段性进展,王兴永都喜欢小小地庆祝一下,庆祝方式通常是为自己做一顿晚餐。看到简单、平常的食材在精心烹调下收缩、变色,拥有了层次丰富的香气和口感,王兴永的心情格外愉悦。

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